《 流體力學 》
實驗指導書
流體力學實驗室編
適用專業：土木
青島理工大學環境與市政工程學院
2015 年 04 月
目錄 目錄i
實驗一靜水壓強實驗1
實驗二能量方程演示實驗3
實驗三文丘里流量計4
實驗四動量方程演示實驗11
實驗五水流流態實驗12
實驗六沿程阻力水頭損失實驗14
實驗七區域性水頭損失實驗18
實驗八旋渦演示實驗24
實驗九水躍演示實驗25
實驗十流譜與流線演示實驗25
實驗一靜水壓強實驗
一、 實驗目的：
1、 測定靜止液體內任意一點的靜水壓強
2、 在重力作用下靜止液體中任何一點的勢能都相等
3、 測定酒精的重度值
二、 實驗原理：
1、根據水靜力學基本方程：p=p0+h
式中：p—液體中任意一點的壓強，（pa）；
p0—表面壓強，（pa）；
—液體的重度，（9800n/m3）；
h—對應計算的液體淹沒深度，（cm）。
2、勢能公式：
式中：z—位置水頭； —壓強水頭。
三、實驗裝置：
如圖圖一①放氣閥；②密閉容器；③直尺；④針管；⑤閥門
四、實驗步驟：
1． 讀取a、b兩點的刻度
2． 開啟容器上的閥門①。容器內表面壓強p0= pa ，各測壓管液面齊平
3． 關閉閥門①，開啟閥門⑤，用針管向容器②內輸水，此時p0﹥pa ，關閉閥門⑤，讀各測壓管液面標高記入表中，p0﹥pa做三次
4． 開啟閥門①使容器內表面壓強p0= pa ，檢查各測壓管液面是否齊平，否則重新排氣
5． 關閉①開啟⑤，用針管抽出容器內的水，容器表面壓強p0﹤pa ，改變容器中的水位重複三次，每次將各測壓管液面位置讀數記入表中。
五、注意事項
1． 讀取測壓管水位時，視線必須和液面同在乙個水平面上，避免產生誤差。
2． 用針管向容器內注水或抽水時要緩慢進行，以免損壞針管。
3． 如發現各測壓管水位不斷改變，說明容器或測壓管有漏氣，需要修理。
六、記錄**和計算參考表（以厘公尺計）
▽ab=
計算參考表
思考題：
1． 試從實驗資料中證明
2． 實驗資料中▽3－▽２；▽3－▽１；▽５－▽４這三者是否相等？是否合理？為什麼？
3． ▽1▽2▽3……▽７這幾根玻璃管中哪根的水位與容器中水位相同？為什麼？
實驗二能量方程演示實驗
一、 實驗目的：
通過實驗觀察水流勢能和動能。水頭損失沿程變化情況。從而驗證能量方程式及能量轉化的規律。
二、 實驗原理：
由能量守恆及轉化規律，在穩定流、緩變流的條件下對任意過水斷面寫能量方程：
式中：z—位置水頭； —壓強水頭；—流速水頭；
—任意兩斷面間的水頭損失。
三、 實驗裝置：
圖二①變斷面管道 ②測壓牌 ③測壓管 ④水箱 ⑤閥門 ⑥進水管 ⑦溢流管
四、 實驗步驟：
1． 關閉出水閥，開啟進水閥門，檢查水在靜止時所有測壓管液面是否齊平，如液面齊平，表示空氣排淨，否則重新排氣。
2． 開啟出水閥⑤，觀察各測壓管和測速管液面沿水流方向的變化情況。
五、 注意事項：
1． 閥門⑤必須緩慢開啟，並注意測壓管水位變化情況，不許測壓管水位過分下降，以致空氣倒吸入儀器而需要重新排氣。
2． 觀察各測壓管水頭線和總水頭線沿程變化情況。
六、 思考題：
1． 各測壓管中哪一根管子的水面下降最大？為什麼？
2． 增大流量各管的水位是怎麼變化的？
實驗三文丘里流量計
一、實驗目的：
1． 率定文丘里流量計的流量係數
2． 驗證能量方程的正確性
二、實驗原理：
1、理論流量
文丘里流量計入口為i—i斷面、喉部（收縮處）為 ii—ii 斷面，由於流量計水平放置，列兩斷面能量方程（如下圖）
由連續性方程
令解（１）（２）兩式可得計算流量公式如下：
式中：斷面間不考慮水頭損失通過的流量；
=0.00796775(m2.5/s)
其中：q理論-----文丘里管所測流量,（m3/s）。
d1-----進水管直徑dn50,（m）。
d2 -----文丘里水管直徑dn25,（m）。
g -----重力加速度9.8（m/s2）。
2、實際流量
其中：q實際-----三角堰(60)所測流量,（l/s）。
α1-----三角堰流量係數0.009。
h-----三角堰水深,（厘公尺，cm）。
因為實際上所取兩斷面間存在著水頭損失，所以實際流量略小於
流量係數，小於１。
三、實驗裝置：
圖三1 進水閥 ②文丘里管 ③出水閥 ④放氣閥 ⑤u型水銀差壓計
⑥ 測針 ⑦三角堰堰箱
四、實驗步驟：
１．開啟進水閥，關閉出水閥，檢查水銀液面是否齊平，否則重新排氣。
２．開啟出水閥，用測針讀數三角堰水面水位▽，計算h=▽-▽0(▽0為堰頂高程)，再由h—q曲線查出或用流量公式計算。
3． 從水銀差壓計讀取h1,h2
4． 逐漸開大（或關小）閥門，重複５次
五、 注意事項：
１.實驗結束，關閉出水閥看水銀差壓計液面是否齊平，否則重新排氣。
2. 每次調節出水閥時應緩慢，避免水銀進入管道。
3. 讀水銀差壓計h1,h2，水銀液面跳動，應取時均值，兩管同時讀。
4. 查h-q曲線與相應堰箱號數對應。
六、 記錄**和計算**
１.記錄** = mm
２.計算**
七、 思考題：
１．i-i斷面和ii-ii斷面哪個壓強大？為什麼？
２．實驗所得是否與同時增減？是否合理？為什麼？
3． 實驗求得的值是否小於１？是否合理？為什麼？
實驗四動量方程演示實驗
一、實驗目的：
通過射流對平板所施加作用力及水箱的反作用力的測定，驗證恆定流動量方程。
二、實驗裝置：
圖七1. 閥門 2. 噴嘴 3. 轉動軸承 4. 擋板 5. 平衡閥門
6. 水箱
三、 實驗原理：
取噴嘴出口斷面１－１，射流表面，以及沿平板出流的截面２－２為控制面，對x軸列動量方程：
式中：rx—平板對水流的作用力，其反作用力即為水流對平板的作用力，二者大小相等，方向相反
—噴嘴出口平均流速在x軸的投影
—２－２控制面平均流速在x軸的投影，
求得rx，對轉軸取矩，得計算力矩m
式中：l1—水流衝擊點至轉軸的距離
d—噴嘴的內徑
—噴嘴出口的平均速度
新增砝碼得到實測力矩m0
式中：g—砝碼重量
l２—砝碼作用點到轉軸的距離
二、實驗步驟：
1． 在拉鍊端部加一50克砝碼，然後開啟並調節閥門，使平板保持原始鉛垂位置，記下砝碼重量g,並用重量法實測流量
2． 改變砝碼重量（150克力），重複步驟（１）
3． 改變砝碼重量（200克力），重複步驟（１）
三、注意事項
1． 應緩慢開啟和調節閥門
四、成果分析：
１．分析用動力矩所求得的力和實測力之間產生誤差的原因
2． 實驗**
噴嘴直徑d= cm w0= g
l1= cm l2= cm
實驗五水流流態實驗
一、 實驗目的：
1． 觀察層流與紊流流態
2． 測定下臨界雷諾數rec
二、 實驗裝置：
圖九1.水箱 2.顏色水盒 3.控制顏色水閥 4.測壓管 5.穩水板 6.溢流管
7.進水管 8.玻璃管 9.閥門 10.量杯 11.溫度計 12.秒錶
三、 實驗步驟：
1． 開啟進水管7的閥門，使水箱進水；
2． 微開閥門9並將顏色水閥門3微開；
3． 繼續開大閥門使玻璃觀眾顏色水由一條紅線到消失（有層流到紊流）；
4． 逐漸關閉閥門9至剛能觀察到紅色顏色線，有紊流到層流下臨界狀態（閥門不得反向調節），用量杯測流量，測水溫；
5． 重複3、4，共做五次。
四、 實驗原理：
1． 根據測得的水溫tc,由書上表1-3查出運動粘性係數γ值或用下式計算
（cm2/s）
2．玻璃管8的直徑d= cm，並計算玻璃管過水斷面面積ω= cm2
3．由計算斷面平均流速
4．計算下臨界雷諾數rec=
五、記錄及計算**：d= cm
六、思考題：
1．為什麼測定下臨界雷諾數而不測定上臨界雷諾數？
2．觀察水流流態時，應觀察玻璃管的哪一段？為什麼？
實驗六管路沿程水頭損失實驗
一、實驗目的：
1． 學會測定管道沿程水頭損失係數的方法。
2． 分析圓管恆定流動的水頭損失規律及λ隨雷諾rc的變化規律。
二、實驗裝置：
圖十1.比壓計 2.排氣閥 3.測壓孔 4.出水閥 5.進水閥 6.水堰箱
三、實驗原理：
圓管沿程水頭損失的計算公式
=λ或λ=
式中d_______管道直徑（cm）；
l_______測量段長度；
hf_______斷面平均流速；
λ_______沿程水頭損失係數.
四、 實驗步驟：
1． 預習實驗指導書，明確實驗要求。熟悉本實驗儀器裝置，掌握本次實驗測量流量和水頭損失所採用的方法。
2． 記錄有關的儀器裝置常數，檢查比壓計內液面是否齊平，若有氣泡重新排氣。
3． 按順序調節出水閥4改變流量，測量的次的流量和相應的水頭損失值。流量應先放到最大，再逐步由大到小比較合適。每改變一次流量，須等1~2分鐘，使水流穩定後再進行測量。
水流紊動使比壓計的水面波動，應記錄水面的時均值。
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一 目的 1 加深理解靜水力學基本方程p p0 h 2 加深理解等壓面的概念。二 裝置 三 操作 1 開啟排氣閥，使密閉容器內部與大氣相通。此時p0 pa，觀察液體表面及各測壓管情況，記錄資料 2 關閉排氣閥，提公升罐上公升加壓。p0 pa，觀察液體表面及各測壓管情況，記錄資料 3 開啟排氣閥，使容...
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伯諾里方程實驗 一部分 實驗預習報告 一 實驗目的要求 1 掌握恆定總流的能量方程。2 掌握有壓管流中水動力學的能量轉換特性。3 掌握漸變流過流斷面壓強分布。4 認識離心慣性力對動水壓強的影響。5 掌握管流流量 壓強等水動力學要素的實驗量測方法。6 掌握有壓管流總水頭線 測壓管水頭線的繪製方法。二 ...
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